Netzwerk Komponenten

Netzwerk Komponenten:
Netzwerkkarte /
Netzwerkadapter (NIC)
Eine Netzwerkkarte wird auch als Netzwerkadapter bezeichnet. Die englische Bezeichnung ist
Network Interface Card (NIC).
Eine Netzwerkkarte ermöglicht es, auf ein Netzwerk zuzugreifen und arbeitet auf der
Bitübertragungsschicht (Schicht 1) des OSI-Modells. Jede Netzwerkkarte hat eine HardwareAdresse (Format: XX-XX-XX-XX-XX-XX), die es auf der Welt nur einmal gibt. Anhand
dieser Adresse lässt sich eine Station auf der Bitübertragungsschicht identifizieren.
Bauformen von Netzwerkkarten
Netzwerkkarten gibt es in verschiedenen Bauformen. Die klassische Netzwerkkarte für den
ISA-, PCI- oder PCIe-Bus ist eine Steckkarte für den Einbau in das Computergehäuse. Eine
andere Variante des Netzwerkadapters bzw. -controllers ist onboard auf dem Motherboard
untergebracht. Der Anschluss wird als RJ45-Buchse von der Platine herausgeführt. Es gibt
auch Netzwerkkarten, die in einer Box eingebaut sind und über den USB am Computer
angeschlossen werden. Allerdings sind sie eher unüblich, da jedes noch so billige
Motherboard einen Onboard-LAN-Adapter hat.
alte Netzwerkkarte mit BNC und
RJ45
USB-NetzwerkAdapter
Onboard-LANAdapter
LEDs an der RJ45-Buchse
An einer Netzwerkkarte ist nicht nur die RJ45-Buchse herausgeführt, sondern meist auch zwei
LEDs, die den Status der Verbindung anzeigen. Üblich sind RJ45-Buchsen, die zwei
integrierte Status-LEDs in den Farben Grün und Orange haben.
Die grüne LED zeigt an, dass eine hardwareseitige Verbindung besteht. Dazu muss der
Computer nicht eingeschaltet sein (bei Formfaktor ATX). Die orangene LED zeigt den Status
der Übertragung an. Wenn diese LED blinkt oder flackert, dann werden gerade Daten
übertragen.
Bei manchen Netzwerkkarten sind diese Funktionen etwas anders. Wenn die grüne LED
flackert, dann werden gerade Daten übertragen. Ansonsten ist sie ständig grün, wenn eine
Verbindung besteht. Leuchtet die orangene (manchmal ist sie auch gelb) LED, dann besteht
eine 100 MBit-Verbindung.
IP-Konfiguration
Der Screenshot stammt vom Betriebssystem Windows 2000. Das dargestellte
Eigenschaftsfenster sieht bei den Betriebssystemen Windows XP und Vista ähnlich aus.
Jede vollständige IP-Konfiguration enthält die eigene IP-Adresse, die es im lokalen Netzwerk
nur einmal gibt. Meistens wird diese Adresse auch automatisch/dynamisch per DHCP
geliefert. Dann muss die Einstellung auf "IP-Adresse automatisch beziehen" stehen.
Weiterhin ist eine Subnet-Mask notwendig, die die Netzwerk-Adresse und Stations-adresse
voneinander trennt.
Als drittes, aber nicht zwingend erforderlich, beinhaltet die IP-Konfiguration die IP-Adresse
des Standard-Gateways. Dort werden alle Datenpakete geschickt, die sich nicht im selben
Netz befinden oder über die keine Route bekannt sind. Damit das Standard-Gateway
angesprochen werden kann, muss es im selben Netz liegen. Ist kein Standardgateway
konfiguriert gibt es für die Datenpakete keinen Weg aus dem Netz heraus.
Die vierte Einstellung ist die Adresse des DNS-Servers. Er ist in der Lage DNS-Adressen (z.
B. www.elektronik-kompendium.de) in eine IP-Adresse aufzulösen. Auch diese Adresse kann
automatisch per DHCP bezogen werden.
IP-Konfiguration über Windows-Kommandozeile
Microsoft Windows XP [Version 5.1.2600]
(C) Copyright 1985-2001 Microsoft Corp.
C:\>ipconfig
Windows-IP-Konfiguration
Ethernetadapter LAN-Verbindung:
Verbindungsspezifisches
IP-Adresse. . . . . . .
Subnetzmaske. . . . . .
Standardgateway . . . .
DNS-Suffix:
. . . . . :
. . . . . :
. . . . . :
t-online.de
192.168.168.11
255.255.255.0
192.168.168.8
Einen schnellen Überblick über die IP-Konfiguration erhält man in der Kommandozeile bzw.
MS-DOS-Eingabeaufforderung mit dem Befehl ipconfig.

Mehr Informationen zum Befehl ipconfig unter Windows
Automatische IP-Konfiguration über DHCP
Standardmäßig werden IP-Adresse, Subnetz-Mask, Standardgateway und DNS-Server über
einen DHCP-Server bezogen. Der Anwender muss sich dann um nichts kümmern. Allerdings
setzt das einen DHCP-Server im Netzwerk voraus.

DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol
Was hat es sich mit der Einstellung Vollduplex auf sich?
In den Netzwerkkarten-Einstellungen findet sich unter Connection Type die Bezeichnung
Vollduplex (engl. Full duplex). Konkret bedeutet das, dass die Bandbreite der Verbindung
zwischen Switch und Netzwerkkarte 200 MBit/s statt nur 100 MBit/s beträgt. Allerdings hat
die Sache einen Haken. Es handelt sich dabei um keine Verdoppelung der Bandbreite,
sondern nur um die Möglichkeit, gleichzeitig in beide Richtungen mit 100 MBit/s zu arbeiten.
Theoretisch ergibt das eine Bandbreite von 200 MBit/s. Doch nur selten tritt eine Situation
auf, wo von einem Rechner mehrere hundert MByte heruntergeladen und gleichzeitig wieder
hinaufgeladen werden muss. Bei der normalen Nutzung bringt der Vollduplex-Modus nichts.
Wenn er einstellbar ist, dann sollte er auch genutzt werden. Es hat durchaus
Geschwindigkeitsvorteile. Treten jedoch vermehrt Probleme in einem Netzwerk auf, kann es
hilfreich sein, die Einstellung "Connection Type" auf AutoSense oder fest auf Halbduplex
einzustellen.
Repeater
Ein Repeater ist ein Kopplungselement, um die Übertragungsstrecke innerhalb von
Netzwerken, zum Beispiel Ethernet, zu verlängern. Ein Repeater empfängt ein Signal und
bereitet es neu auf. Danach sendet er es weiter. Auf diese Weise verlängert der Router die
Übertragungsstrecke und räumliche Ausdehnung des Netzwerks.
Im einfachsten Fall hat der Router zwei Ports, die wechselweise als Ein- und Ausgang
funktionieren (bidirektional).
Repeater versteht man in der Regel als Verstärker von Übertragungsstrecken. Die weitere
Beschreibung bezieht sich auf Repeater in kabelgebundenen Netzwerken, speziell in EthernetNetzwerken.
Ein Repeater arbeitet auf der Schicht 1, der Bitübertragungsschicht des OSISchichtenmodells. Damit übernimmt er keinerlei regulierende Funktion in einem Netzwerk.
Er kann nur Signale empfangen und weiterleiten. Für angeschlossene Geräte ist nicht
erkennbar, ob sie an einem Repeater angeschlossen sind. Er verhält sich völlig transparent.
Ein Repeater mit mehreren Ports wird auch als Hub (Multiport-Repeater) bezeichnet. Er kann
mehrere Netzwerk-Segmente miteinander verbinden.
Die Repeater-Regel (5-4-3)
Um ein großes Netzwerk mit einer möglichst großen Reichweite aufzubauen, können mehrere
Repeater hintereinandergeschaltet werden. Allerdings, nicht in beliebiger Anzahl. Der Grund
liegt im Laufzeitverhalten und der Phasenverschiebung zwischen den Signalen an den Enden
des Netzwerks. Deshalb gilt folgende Repeater-Regel:
Es dürfen nicht mehr als fünf (5) Kabelsegmente verbunden werden. Dafür werden vier
(4) Repeater eingesetzt. An nur drei (3) Segmenten dürfen Endstationen angeschlossen
werden.
Diese Repeater-Regel hat nur in den Ethernet-Netzwerken 10Base2 und 10BASE5 eine
Bedeutung. In Netzwerken, die mit Switches und Router aufgebaut sind, hat diese RepeaterRegel keine Bedeutung.
Um die Nachteile von Repeatern in Ethernet-Netzwerken zu umgehen, werden generell
Switches zur Kopplung der Stationen eingesetzt. In großen Netzwerken, insbesondere über
unterschiedliche Übertragungssysteme hinweg, werden zusätzlich Router eingesetzt.
Hub
Ein Hub ist ein Kopplungselement, das mehrere Stationen in einem Netzwerk miteinander
verbindet. In einem Ethernet-Netzwerk, das auf der Stern-Topologie basiert dient ein Hub als
Verteiler für die Datenpakete. Hubs arbeiten auf der Bitübertragungsschicht (Schicht 1) des
OSI-Schichtenmodells und sind damit auf die reine Verteilfunktion beschränkt.
Ein Hub nimmt ein Datenpaket entgegen und sendet es an alle anderen Ports weiter. Das
bedeutet, er broadcastet. Dadurch sind nicht nur alle Ports belegt, sondern auch alle Stationen.
Sie bekommen alle Datenpakete zugeschickt, auch wenn sie nicht die Empfänger sind. Für die
Stationen bedeutet das auch, dass sie nur dann senden können, wenn der Hub gerade keine
Datenpakete sendet. Sonst kommt es zu Kollisionen
Wenn die Anzahl der Anschlüsse an einem Hub für die Anzahl der Netzwerk-Stationen nicht
ausreicht, dann benötigt man noch einen zweiten Hub. Zwei Hubs werden über einen UplinkPort eines der beiden Hubs oder mit einem Crossover-Kabel (Sende- und Empfangsleitungen
sind gekreuzt) verbunden. Es gibt auch spezielle "stackable" Hubs, die sich
herstellerspezifisch mit Buskabeln kaskadieren lassen. Durch die Verbindung mehrerer Hubs
lässt sich die Anzahl der möglichen Stationen erhöhen. Allerdings ist die Anzahl der
anschließbaren Stationen begrenzt. Auch hier gilt die Repeater-Regel.
Alle Stationen die an einem Hub angeschlossen sind, teilen sich die gesamte Bandbreite, die
durch den Hub zur Verfügung steht (z. B. 10 MBit/s oder 100 MBit/s). Die Verbindung vom
Computer zum Hub verfügt nur kurzzeitig über diese Bandbreite.
Die Versendung der Datenpakete an alle Stationen ist nicht besonders effektiv. Es hat aber
den Vorteil, dass ein Hub einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Wegen der prinzipiellen Nachteile von Hubs, verwendet man eher Switches, die die Aufgabe
der Verteilfunktion wesentlich besser erfüllen, da sie direkte Verbindungen zwischen den
Ports schalten.
Medienkonverter
Mit einem Medienkonverter können alte Netzwerkinstallationen mit einer neuen Verkabelung
zusammengeführt werden oder Längenbeschränkungen von Netzwerkkabeln überwunden
werden. Eine Umsetzung zwischen verschiedenen Ethernet-Varianten (z. B. 10 MBit und 100
MBit) ist nicht möglich. Die Umsetzung erfolgt nur zwischen unterschiedlichen Kabeltypen.
Z. B. von 10Base2 (Koaxialkabel) auf 10BaseT (Twisted-Pair) oder von 100BaseTx
(Twisted-Pair) auf 100BaseFx bzw. 100BaseSx (Glasfaserkabel).
Ein Medienkonverter ist im Prinzip eine Black Box, die intern die Signale direkt zwischen
den Kabelstandards, wie Kupfer- und Glasfaserkabel oder verschiedenen Kupfer- bzw.
Glasfaserkabeltypen austauschen kann. Der Medienkonverter ist dabei transparent. Er ist
jedoch kein Repeater. Die im Standard festgelegten maximal erlaubten Signallaufzeiten und
die maximale Kabellänge gelten weiterhin.
Für die Umsetzung verschiedener LAN-Typen, z. B. 10 MBit auf 100 MBit gibt es DualSpeed-Hubs oder Switches, die auch zwei Teilnetze mit unterschiedlicher Bandbreite
miteinander verbinden können.
Bridge
Eine Bridge ist ein Kopplungselement, das ein lokales Netzwerk in zwei Segmente aufteilt.
Dabei werden die Nachteile von Ethernet, die besonders bei großen Netzwerken auftreten
ausgeglichen. Als Kopplungselement ist die Bridge eher untypisch. Man vermeidet die
Einschränkungen durch Ethernet heute eher durch Switches.
Warum ist eine Bridge notwendig (gewesen)?
Das CSMA/CD-Verfahren in einem Ethernet (Netzwerk) führt zu mehreren Einschränkungen:




Alle Stationen teilen sich die verfügbare Bandbreite (z. B. 10 MBit oder 100 MBit).
Mit zunehmenden Stationen steigt der Datenverkehr und somit die Anzahl der
Kollisionen. Die Effizienz des Datenverkehrs leidet darunter.
Die räumliche Ausdehnung ist auf die maximale Verzögerungszeit (Bitzeit) und die
maximale Kabellänge beschränkt.
In einer Collision Domain dürfen maximal 1024 Stationen angeschlossen werden.
Alle diese Probleme lassen sich mit einer Bridge lösen. Eine Bridge arbeitet auf der
Sicherungsschicht (Schicht 2) des OSI-Schichtenmodells und ist protokollunabhängig. Sie
überträgt alle auf dem Ethernet laufende Protokolle. Für die beteiligten Stationen arbeitet die
Bridge absolut transparent.
Durch eine Bridge kann ein überlastetes Netzwerk physikalisch in Segmente aufgeteilt und
logisch wieder zusammengeführt werden. Dabei bleiben alle Störungen, Kollisionen,
fehlerhafte Pakete und der Datenverkehr innerhalb des Segments und belasten das andere
Segment nicht. Nur der Datenverkehr, der in das andere Segment muss, wird von der Bridge
über die logische Verbindung durchgelassen.
Eine Bridge legt sich eine Datenbank aller Stationsadressen (MAC-Adressen) an. Anhand
dieser Daten entscheidet die Bridge, ob die empfangenen Datenpakete in ein anderes
Netzwerksegment weitergeleitet werden oder nicht. Mit der Zeit kann dann die Bridge immer
besser entscheiden, in welches Segment die ankommenden Daten gehören. Eine Bridge
arbeitet aber nur dann sinnvoll, wenn zwei Netzwerk-Segmente verbunden werden sollen,
aber der meiste Datenverkehr innerhalb der beiden Segmente stattfindet. Multicasts und
Broadcasts werden immer weitergeleitet.
Anstatt einer Bridge verwendet man heute einen Switch. Dieser ist wesentlich billiger und
erfüllt die selben Funktionen.
Die Längenbeschränkungen des Ethernet-Standards werden durch mehrere
hintereinandergeschaltete Bridges aufgehoben. Nach IEEE 802.1 lassen sich 7 Bridges
hintereinanderschalten. In der Regel werden nicht mehr als 4 hintereinander geschaltet.
Lokale Netzwerke, die eine längere Strecke überbrücken müssen, werden gerne mit
unterschiedlichen Übertragungsmedien gekoppelt. Der Einsatz von zwei Bridges kann eine
andere Übertragungsstrecke, z. B. Satellit, Funk oder Glasfaser, zwischenschalten und so als
Konverter zwischen zwei Übertragungsmedien dienen.
Switch
Ein Switch ist ein Kopplungselement, das mehrere Stationen in einem Netzwerk miteinander
verbindet. In einem Ethernet-Netzwerk, das auf der Stern-Topologie basiert dient ein Switch
als Verteiler für die Datenpakete.
Die Funktion ist ähnlich einem Hub, mit dem Unterschied, das ein Switch direkte
Verbindungen zwischen den angeschlossenen Geräten schalten kann, sofern ihm die Ports der
Datenpaket-Empfänger bekannt sind. Wenn nicht, dann broadcastet der Switch die
Datenpakete an alle Ports. Wenn die Antwortpakete von den Empfängern zurück kommen,
dann merkt sich der Switch die MAC-Adressen der Datenpakete und den dazugehörigen Port
und sendet die Datenpakete dann nur noch dorthin.
Während ein Hub die Bandbreite des Netzwerks limitiert, steht der Verbindung zwischen
zwei Stationen, die volle Bandbreite der Ende-zu-Ende-Netzwerk-Verbindung zur Verfügung.
Ein Switch arbeitet auf der Sicherungsschicht (Schicht 2) des OSI-Modells und arbeitet
ähnlich wie eine Bridge. Daher haben sich bei den Herstellern auch solche Begriffe
durchgesetzt, wie z. B. Bridging Switch oder Switching Bridge. Die verwendet man heute
allerdings nicht mehr.
Switches unterscheidet man hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit mit folgenden
Eigenschaften:



Anzahl der speicherbaren MAC-Adressen für die Quell- und Zielports
Verfahren, wann ein empfangenes Datenpaket weitervermittelt wird (SwitchingVerfahren)
Latenz (Verzögerungszeit) der vermittelten Datenpakete
Ein Switch ist im Prinzip nichts anderes als ein intelligenter Hub, der sich merkt, über
welchen Port welche Station erreichbar ist. Auf diese Weise erzeugt jeder Switch-Port eine
eigene Collision Domain (Kollisionsdomäne).
Teure Switches können zusätzlich auf der Schicht 3, der Vermittlungsschicht, des OSISchichtenmodells arbeiten (Layer-3-Switch oder Schicht-3-Switch). Sie sind in der Lage, die
Datenpakete anhand der IP-Adresse an die Ziel-Ports weiterzuleiten. Im Gegensatz zu
normalen Switches lassen sich auch ohne Router logische Abgrenzungen erreichen.
Switching-Verfahren
SwitchingVerfahren
Beschreibung
Vorteile
Nachteile
Cut-Through
Der Switch leitet das
Datenpaket sofort weiter,
wenn er die Adresse des
Ziels erhalten hat.
Die Latenz, die
Verzögerungszeit,
zwischen Empfangen
und Weiterleiten ist
äußerst gering.
Fehlerhafte
Datenpakete werden
nicht erkannt und
trotzdem an den
Empfänger
weitergeleitet.
Store-andForward
Der Switch nimmt das
gesamte Datenpaket in
Empfang und speichert es
Fehlerhafte
Datenpakete können
so im voraus
Die Speicherung
und Prüfung der
Datenpakete
in einem Puffer. Dort wird aussortiert werden.
dann das Paket mit
verschiedenen Filtern
geprüft und bearbeitet. Erst
danach wird das Paket an
den Ziel-Port
weitergeleitet.
verursacht eine
Verzögerung,
abhängig von der
Größe des
Datenpaketes.
Kombination
aus CutThrough und
Store-andForward
Viele Switches arbeiten mit beiden Verfahren. Solange nur wenige
Kollisionen auftreten wird Cut-Through verwendet. Häufen sich die Fehler
schaltet der Switch auf Store-and-Forward um.
Fragment-Free
Der Switch empfängt die ersten 64 Byte des Daten-Paketes. Ist dieser Teil
fehlerlos werden die Daten weitergeleitet. Die meisten Fehler und
Kollisionen treten während den ersten 64 Byte auf. Dieses Verfahren wird
trotz seiner effektiven Arbeitsweise selten genutzt.

Weitere Informationen zu Switching
Kollisionsdomäne (Collision Domain)
Durch das CSMA/CD-Verfahren entstehen Kollisionen, wenn mehrere Stationen an einer
Kollisionsdomäne angeschlossen sind. Das wiederum reduziert den Netzwerk-Verkehr, der
durch wiederholte Übertragungen verursacht wird. Die Einrichtung mehrerer
Kollisionsdomänen reduziert die Anzahl der Kollisionen von Datenpaketen.
Switches bilden an jedem ihrer Ports eine Kollisionsdomäne, indem sie den Datenverkehr nur
an den Port weiterleiten an dem sich die Ziel-MAC-Adresse befindet. Innerhalb einer
Kollisionsdomäne (Switch-Port) befindet sich dann in der Regel eine einzelne Station, ein
weiterer Switch oder ein Router in ein anderes Netz.
MAC-Adressen-Verwaltung / MAC-Tabelle
Switches haben den Vorteil, im Gegensatz zu Hubs, dass sie Datenpakete nur an den Port
weiterleiten, an dem die Station mit der Ziel-Adresse angeschlossen ist. Als Adresse dient die
MAC-Adresse, also die Hardware-Adresse einer Netzwerkkarte. Diese Adresse speichert der
Switch in einer internen Tabelle. Empfängt ein Switch ein Datenpaket, so sucht er in seinem
Speicher unter der Zieladresse (MAC) nach dem Port und schickt dann das Datenpaket nur an
diesen Port. Die Zuteilung der MAC-Adressen lernt ein Switch mit der Zeit kennen. Die
Anzahl der Adressen, die ein Switch aufnehmen kann, hängt ab von seinem internen Speicher.
Ein Qualitätsmerkmal eines Switch ist, wie viele Adresse er insgesamt und pro Port speichern
kann. An einem Switch, der nur eine Handvoll Computer verbindet, spielt es keine Rolle wie
viele Adressen er verwalten kann. Wenn der Switch aber in einem großen Netzwerk steht und
an seinen Ports noch andere Switches und Hubs angeschlossen sind, dann muss er evt.
mehrere tausend MAC-Adressen speichern und den Ports zuordnen können. Je größer ein
Netzwerk ist, desto wichtiger ist es darauf zu achten, dass die Switches genügend Kapazität
bei der Verwaltung von MAC-Adressen haben.
Zusätzliche Leistungsmerkmale von Switches





IEEE 802.1q / VLAN
IEEE 802.1x
LACP
GVRP
SNMP - Simple Network Management Protocol
Bandbreite
Die Daten in einem Switch werden über die sogenannte Backplane übertragen. Über die
Backplane werden alle Ports miteinander verbunden, die Daten miteinander austauschen
müssen. Die Bandbreite muss also groß genug sein, um alle angeschlossenen Stationen mit
der Netzwerk-Geschwindigkeit bedienen zu können.
Es gilt die Faustformel: Die Bandbreite der Backplane muss dem Doppelten der
höchstmöglichen Bandbreite aller verfügbaren Ports entsprechen. Vereinfacht gilt folgende
Formel:
Das Ergebnis muss nochmals verdoppelt werden (x2), wenn die Daten mit Vollduplex
übertragen werden.
Ein Switch mit 5 Fast-Ethernet-Anschlüssen (100 MBit/s) benötigt also eine BackplaneBandbreite von 1 GBit/s (1000 MBit/s).
Bei kleinen Netzwerkinstallationen spielt die Backplane-Bandbreite in der Regel keine Rolle.
Schon billige Switches haben eine ausreichend große Backplane-Bandbreite. Dient der Switch
aber als Verteiler zwischen Stationen mit Datenbankabfragen und File-Transfers, dann spielt
die Bandbreite ein größere Rolle.
Einfachere Switches basieren in der Regel auf einer Bus-Architektur mit hoher Bandbreite, da
der Schaltungsaufwand geringer ist und sich das Gerät billiger herstellen lässt.
Problemfall: Switch
Fließt der Datenverkehr in einem Netzwerk ständig nur zu einer einzigen Station, dann hat der
Switch wenig Einfluss auf die Performance. Eine geringe Anzahl an Datenpaketen kann ein
Switch zwischenspeichern. Irgendwann verwirft er die eingehenden Datenpakete oder erzeugt
Kollisionen.
Verworfene Datenpakete werden von höheren Protokollen, wie TCP oder IPX, erneut
gesendet. Bei ungesicherten Protokollen, wie z. B. UDP oder NetBIOS kann das jedoch zu
Verbindungsabbrüchen führen. Kollisionen werden auf der Schicht 2 erkannt und erneut
angefordert. In jedem Fall entstehen spürbare Verzögerungen im Netzwerkverkehr.
Bauformen
5-Port-Switch
24-Port-Switch
Switches gibt es in den unterschiedlichsten Bauformen und Ausbaustufen. Generell gilt, je
größer und besser ein Switch ausgestattet ist, desto teurer ist er. Ein einfacher Switch hat 4
oder 5 Ports. Mit ein paar Status-LEDs sind sie in Kästchen in der Größe einer
Zigarettenschachtel eingebaut. Etwas bessere Switches haben ein Metallgehäuse, sind stabiler
und für den Dauereinsatz besser geeignet. Neben den kleinen 4- und 5-Port Switches gibt es
Ausbaustufen mit 8, 16, 24 und 32 Ports. Wer mehr Ports benötigt, braucht stackable
Switches, die sich über separate Kabel miteinander verbinden und übereinander stapeln
lassen. Wer Switches in 19"-Schränken installieren will, der sollte auf 16-, 24- und 32-Port
Switches achten. Diese verfügen über Halterungen für 19"-Einbauschienen. Die kleinen
Geräte haben manchmal Halterungen an der Unterseite und lassen sich an der Wand
montieren.
Wer kleine Switches mit geringer Portanzahl kauft und nicht in einen 19"-Schrank einbaut,
der sollte auf die Anordnung von RJ45-Buchsen und Status-LEDs achten. Es gibt Geräte, bei
denen die LEDs auf der Vorderseite und die Anschlüsse auf der Rückseite angeordnet sind. In
billigen Geräten sind die Status-LEDs in die RJ45-Buchsen integriert. Das ist nicht immer
praktisch. Z. B. wenn die Kabel nicht aus der Richtung kommen, wo man die Status-LEDs gut
sichtbar haben will. In der Regel werden kleine Switches von einem Steckernetzteil mit Strom
versorgt und haben keinen Aus- und Ein-Schalter. Geräte mit größerer Port-Anzahl haben das
Netzteil integriert und einen Lüfter zur Kühlung. Vorsicht dann bei Gebrauch im privaten
Bereich. Der Lüfterlärm ist nicht zu unterschätzen.
Layer-3-Switch
Ein Layer-3-Switch ist eine Kombination aus Router und Switch. Er beherrscht nicht nur
Switching, sondern auch Routing. Da Router und Switches sehr ähnlich funktionieren - sie
empfangen, speichern und leiten Datenpakete weiter - ist es nur logisch beide Geräte
miteinander zu kombinieren, um daraus ein Multifunktionsgerät zu machen.
In der Praxis sieht das so aus, dass die Entscheidung zur Weiterleitung von Datenpaketen
anhand der MAC-Adressen oder der IP-Adressen erfolgen kann. Ein Layer-3-Switch kann
einzelnen Ports verschiedenen Subnetzen zuordnen und innerhalb dieser Subnetze als Switch
arbeiten. Außerdem beherrscht er auch das Routing zwischen diesen Subnetzen.
Vereinfacht kann man sagen, dass ein Layer-3-Switch ein Router mit Switching-Funktion
oder umgekehrt ein Switch mit Routing-Funktion ist.
Router mit Switching-Funktion
Switch mit Routing-Funktion
Im Kern ist solch ein Gerät ein Router, dessen
Routing-Funktionen durch den Einsatz spezifischer
Hardware (ASICs) beschleunigt werden.
Im Kern ist solch ein Gerät ein
Switch, der um die Funktionen eines
Routers erweitert wurde.
Wegen der höheren Geschwindigkeit und aus finanziellen Gründen, werden Layer-3-Switches
gegenüber reinen Routern bevorzugt. Zumindest in großen Netzen. Layer-3-Switches lassen
sich als Router, Switch oder als Mischform betreiben. Im Vergleich zu Routern haben Layer3-Switches eine geringere Verzögerungszeit und einen höheren Datendurchsatz.
Funktionell ist es so, dass das erste Datenpaket einer Verbindung wie bei einem Router
behandelt wird. Alle weiteren Datenpakete werden geswitcht, da die Route bereits bekannt ist.
Das bringt einen Geschwindigkeitsvorteil.
Vorteile Layer-3-Switch (gegenüber
Router)






geringere Gerätekosten
geringere Verzögerungszeit
höherer Durchsatz
einfachere Administration
hohe Flexibilität
mehr Ports
Nachteile Layer-3-Switch (gegenüber
Router)

weniger Features
Auf IP-Ebene lassen sich durch RoutingFunktionen deutlich mehr Möglichkeiten zur
Steuerung von Netzwerkverkehr realisieren.
Gateway
Gateways behandeln die Schichten 1 bis 7 des OSI-Modells und koppeln die
unterschiedlichsten Protokolle und Übertragungsverfahren miteinander.
Grundsätzlich geht man von zwei verschiedene Ansätzen aus. Einmal von
medienkonvertierenden Gateways, die bei gleichen Übertragungsverfahren zwischen zwei
verschiedenen Protokollen der OSI-Schichten 1 und 2 verbinden. Dann gibt es noch die
protokollkonvertierenden Gateways, die unterschiedliche Protokolle auf den OSI-Schichten 3
und 4 miteinander verbinden.
Gateways haben die Aufgabe eine logische Verbindung herzustellen einen Datenstrom
zwischen Quelle und Ziel zu übermitteln. Beim Übergang zwischen zwei Netzen
berücksichtigt das Gateway folgendes:




Protokolle
Adressierung
Übertragungsgeschwindigkeit
physikalische Bedingungen (Übertragungsmedium)
Beispiel für ein Gateway
Ein Gateway ist ein aktiver Netzknoten, der zwei Netze miteinander verbinden kann, die
physikalisch zueinander inkompatibel sind und/oder eine unterschiedliche Adressierung
verwenden. Klassisches Beispiel ist der ISDN-Router, der zwischen dem LAN und dem
öffentlichen Telefonnetz (ISDN) verbinden kann. Dazu gehören auch Fax-Server und Voiceover-IP-Gateways.
Proxy / Proxy-Server
Ein Proxy ist ein Dienst, der als Zwischenspeicher innerhalb eines Netzwerks dient, um die
Zugriffe auf immer die gleichen Daten und Dateien aus dem Speicher zu bedienen.
Der Begriff Proxy bezieht sich auf einen Server oder einen Dienst, der auf einem Server läuft.
Der Proxy-Dienst ist ein Programm, dass im Hintergrund auf einem Server arbeitet. Proxy
bedeutet Stellvertreter. Er ist im einfachsten Fall eine Art Cache für Webseiten. Er nimmt
Anfragen von Clients entgegen und wertet sie aus. Stellvertretend leitet er die Anfrage ins
Internet weiter. Die zurückgelieferten Daten werden vom Proxy vor dem Weiterleiten
gespeichert. Bei einer erneuten Anfrage auf das gleiche Ziel werden die Daten nicht aus dem
Internet geladen, sondern direkt aus dem Proxy-Speicher zum Empfänger geschickt. Auf diese
Weise wird Datenverkehr ins Internet eingespart. Das senkt die Kosten und erhöht die
Bandbreite für andere Anwendungen.
Standard-Proxy
Die Clients schicken Ihre Zugriffe nicht direkt ins Internet, sondern zum Proxy. Dieser Server
übernimmt als Mittler die Verbindung zum Webserver. Häufige Internet-Seiten oder
Downloads müssen dann nicht mehr erneut über das Internet übertragen werden, sondern
können vom Proxy-Server direkt an die Clients geschickt werden. Das reduziert das
Datenaufkommen in das Internet und liefert den Clients die Daten schneller zurück.
Reverse-Proxy
Der Reverse-Proxy funktioniert anders herum und ist mit Load Balancing vergleichbar. Die
Clients greifen zum Beispiel ohne Proxy auf das Internet zu. Ein Gruppe von Webservern ist
hinter einem Proxy versteckt. Die Webserver sind also nicht direkt erreichbar.
Der Proxy leitet häufige identische Zugriffe aus dem Internet nicht an die Webserver weiter,
sondern arbeitet sie selber ab, sofern er die Daten zwischengespeichert hat.
So ist eine einfache Lastverteilung möglich, ohne teures oder kompliziertes Load Balancing
einrichten zu müssen. Reverse-Proxys können auch unberechtigte Zugriffe verhindern.
In einem anderen Anwendungsfall wird die Zugriffsberechtigung für mehrere Server zentral
von einem Proxy abgewickelt.
Vorteile



schnellerer Zugriff auf immer die gleichen Daten
Kosteneinsparungen beim Internet-Datenverkehr
Integration von Viren- und Spamfilter möglich
Ein Proxy bietet mehr Schutz für die Systeme, die über einen Proxy, anstatt direkt mit dem
Internet kommunizieren. Unverlangte Pakete von externen Rechnern gelangen nicht mehr ins
lokale Netz, weil der Proxy die Zugriffe aus dem Internet nur dann weiterleiten kann, wenn
vorher eine ausgehende Verbindung bestanden hat. Zusätzlich kann ein Virenfilter auf dem
Proxy installiert werden. Damit der wirkungsvoll arbeiten kann, muss jeder Internet-Zugriff
über den Proxy erfolgen. Das erreicht man dadurch, dass das Standard-Gateway nicht der
Router zum Internet ist, sondern ein vorgeschalteter Proxy.
Nachteile



Cache-Kohärenz durch veraltete Inhalte im Cache
nicht jede Anwendung unterstützt Proxys
nicht für jedes Internet-Protokoll gibt es Proxys
Der Nachteil von Proxys ist, dass für jedes Internet-Protokoll ein Proxy installiert werden
muss, wenn der ganze Datenverkehr über den Proxy-Server abgewickelt werden soll. Das
bedeutet, das Proxy-Programm muss alle möglichen Protokolle beherrschen, die das Internet
zu bieten hat. Da reicht es nicht aus, nur HTTP für den Zugriff auf Webserver zu unterstützen.
Auch POP und SMTP für die E-Mail-Kommunikation müssen beherrscht werden.
In der Regel müssen die Programme auf den Clients den Datenverkehr über einen Proxy
unterstützen. Bei einfachen Internet-Diensten, wie WWW und E-Mail ist das kein Problem.
Doch bei Online-Spielen und P2P-Tauschbörsen wird es schwierig oder funktioniert
überhaupt nicht.
Fazit
Proxys sind in der Anfangszeit des kommerziellen Internets ein Mittel für Internet-Provider
gewesen, um Datenverkehr einzusparen. Damals waren die Internet-Anbindungen noch
langsamer und teurer. Außerdem waren noch viele Internet-User mit Modem oder ISDNKarte unterwegs. Um die Daten schneller ausliefern zu können, wurden Proxys eingerichtet,
um die Kunden schneller beliefern zu können und Datenverkehr einzusparen.
Inzwischen ist der Netzausbau des Internets sehr großzügig ausgelegt, so dass ein Proxy keine
Vorteile mehr bietet.
Eine Ausnahme bilden Übergänge von lokalen Netzwerken ins Internet, wo ein Proxy aus
Sicherheitsgründen eingesetzt wird. Zum Einen, um die Möglichkeiten der Nutzer
einzuschränken. Und zum Zweiten, um den Datenverkehr auf schädliche Inhalte, wie Viren
und Würmern prüfen zu können. In der Regel geht es darum, das lokale Netzwerk zu
schützen.